Автореферат (1173086), страница 5
Текст из файла (страница 5)
Исследования по оптимизациипараметров нанесения локального диффузионного покрытия проводили в два этапа. На первомэтапе использовали двухфакторную модель при принятом допущении, что время являетсяслучайным фактором, для выяснения степени влияния основных параметров синтеза покрытияна износостойкость твердосплавных пластин применительно к точению стали. На втором этапебыла использована математическая модель процесса нанесения локального диффузионногопокрытия с учетом стохастического характера. Математическое планирование эксперимента дляопределения числа опытных точек и оптимального расположения их в отведенной для исследованийобласти факторного пространства включало использование указанных параметров.Диапазон варьирования параметров выбирали таким образом, чтобы идентифицированнаямодель была справедлива для всей области управления, а значения параметров, находящиеся внутридиапазона были практически реализуемы.
Исходя из сказанного, были использованы следующиедиапазоны варьирования параметров: IК = 140 – 440мкA; рВ = 0,1 – 0,5 МПа. Расчетные значенияпараметров модели осуществляли по математической программе «MOD_UNI».В пятой главе приведены исследования закономерностей состава и строения дискретногодиффузионного покрытия, рассмотрено распределение концентрации элементовдискретногодиффузионного покрытия на различные материалы. Проведены металлографические исследованиясостава локального диффузионного покрытия: распределение по глубине рассеяния, которые былиопределены на установке «Сокол-3» в институте технологии микроэлектроники РАН (ИПТМРАН); по химическому составу, которые были определены на электронном микроскопе «JSM5610 LV» предприятия АО «НПЦ «газотурбостроения «Салют». Состав локальногодиффузионного покрытия, распределение элементов по глубине слоя дают возможность судитьо динамике процесса насыщения кислородом.
Спектр рассеяния элементов показываетзаметные изменения в поверхностном слое субстрата, например для быстрорежущего20инструмента, отмечается смещение дифракционного максимума (110)Fe в области малых угловотражения (2Q), что свидетельствует об образовании α - твердого раствора железа, появляютсяследы - фазы (FeO). В частности, в приповерхностной зоне на глубине проникновения ионногопучка (около 1 мкм для Не) обнаруживается оксидный слой для быстрорежущей стали, состоящий изα – Fe2О3. Рентгеноспектральным анализом получено распределение элементов по глубине материалапокрытия.
Установлено, например, для быстрорежущей пластины, в покрытии присутствуют Fe, Cr,W, V, Mo, Co, O, C. На глубине 300 нм содержание Fe составляет 76%, тогда как на глубине 5 000 нм- 84%. Содержание Cr, W, V, Mo, Co практически не изменялось, в то ж время установлено, чтокислород присутствует только в поверхностном слое покрытия и содержание кислорода составляет,примерно, 0,08% (см.
рис.8). Таким образом, можно утверждать, что уменьшение содержания Fe вповерхностном слое обусловлено протеканием процесса окисления и образованием оксидов FeхОу.Микрорентгеноспектральным анализом, (см. рис.7) подтверждено существенное уменьшениесодержания Fe в покрытии. Микрорентгеноспектральный анализ, проводившийся на сканирующемэлектронном микроскопе с пошаговым сканированием, где количество шагов определяет толщинупокрытия, показал, что покрытие, получено диффузионным способом и имеет локальнуюполикристаллическую структуру, (см. рис. 8). При этом размер зерна составляет примерно 4 мкм.а)б)Рисунок 7. Результат микроренгеновского спектрального анализа быстрорежущейпластины Р6М5: а) без дискретного диффузионного покрытия; б) с дискретным диффузионнымпокрытием.21Название спектраСпектр 10Спектр 11O010,41%V3,84%3,74%Cr4,62%4,06%Fe73,75%67,67%Mo7,52%5,96%W10,27%8,16%11Рисунок 8. Микроструктура поверхности образца после нанесения дискретногодиффузионного покрытия (а - х300; б - х500) Спектр 11Были проведены исследования по цветам побежалости для установления оксидов,которые могут быть получены при нанесении локального диффузионного покрытия натвердосплавном материале ВК10ХОМ и быстрорежущей стали Р6М5.
В результатеисследования на твердосплавном материале установлено, что в состав покрытия входятследующие оксиды: триоксид вольфрама WO3 (α); WO3(β), WO3 (); диоксид вольфрама WO2(δ);оксид кобальта (II, III) Co3O4 и оксид кобальта (II) CoO, о чем свидетельствуют цветапобежалости, (см. рисунок 9).а)б)Рисунок 9. Интерференция цвета побежалости на поверхности образца после нанесениядискретного диффузионного покрытия: а) быстрорежущий образец Р6М5К5; б) твердосплавныйобразец ВК10ХОМ.Данное покрытие состоит из оксидов, имеющих нестехиометрическую структуру, чтоспособствует увеличению прочности поверхностной пленки покрытия на инструментальномматериале, при этом структура основного металла не претерпевает заметных изменений вповерхностном слое.При повышении температуры оксиды переходят в более стабильное состояние,соответствующее более высокому содержанию кислорода в металле.22Чередование оксидов на поверхности металла связано с разным процентным содержаниемкислорода.
Вначале, при ионизации молекул кислорода, происходит образование гематита.Затем, по мере возрастания температуры инструмента при механической обработке деталей иснижении концентрации кислорода под слоем гематита образуется слой магнетита и ниже слойвюстита. Таким образом, чем выше температура, тем больше в окалине вюстита и меньшегематита.Для определения физико-механических свойств локального диффузионного покрытиябыли проведены исследования на сканирующем нанотвердомере Nano-Hardness Tester NHT(CSM Instruments), по микротвердости, шероховатости и модулю упругости Юнга, а такжеиспытания на трехточечный изгиб σизг на испытательной машине LFM – 250.
В качествеобразцов использовали прямоугольные бруски размером 10,0х10,0х60мм. В качестве материаладля образцов были использованы: быстрорежущая сталь (Р6М5, Р6М5К5), твердосплавныйматериал(ВК10ХОМ).СогласноГОСТ8.748-2011твердостьиндентированияHITрассчитывалась по следующей формуле:HIT Fmax(24,5 hc 2 ),где hc = hmax - ε (hmax - hr); ε =0,73 для пирамиды Беркович, hr - условная глубина, определяемаяпо точке пересечения касательной к линии разгрузки диаграммы в начальной ее части (см.рисунок 10)На рисунке 10 показаны схема диаграмма вдавливания (а) и реальные диаграммывдавливания (б) для стали Р6М5 с покрытием (1) и без покрытия (2).а)б)Рисунок 10. Схема диаграммы вдавливания (а) и реальная диаграмма вдавливания (б) длястали Р6М5 с покрытием (1) и без покрытия (2).Модуль упругости стали Р6М5 с покрытием и без покрытия рассчитывался по формуле:1-s 2,1 1 i 2ErEiгде νs и νi - коэффициенты Пуассона испытуемого материала и материала индентораEIT соответственно; Ei - модуль упругости индентора; Er - приведенный модуль упругости.23Согласно ГОСТ 8.748-2011 Er рассчитывался по формуле:dhπ(для пирамиды Берковича); C – податливость вместе контакта.(2С 4,896hc)dFРезультаты определения твердости основного металла (стали Р6М5) и покрытий показали,Er что значения твердости индентирования покрытия ответствовали HIT 0,01/5/10/20 = 16 304 Н/мм2.Индексы при HIT означают: 0,01- нагрузка, Н; 5 – время приложения нагрузки, с; 10 _длительность выдержки под нагрузкой, с; 20 – время снятия нагрузки, с.Для основного металла (сталь Р6М5) без покрытия, среднее значение H IT 0,01/5/10/20 =12 322 Н/мм2.
Твердость покрытия превосходила твердость основного металла на 31%.Модуль упругости стали с покрытием Е IT составляет 301 110 Н/мм2 , в то время, как дляосновного металла ЕIT = 199 828Н/мм2. Таким образом произошло и увеличение ЕIT, но вбольшей мере, чем твердость HIT (примерно на 51%).Из графиков, (см. рис. 10) видно, что локальное диффузионное покрытие толщиной 350– 600нм позволяет увеличить твердость и модуль упругости.
Таким образом, ионы сжатоговоздуха, проникая в основу, создают тонкий, но прочный поверхностный слой. Порезультатам исследования предела прочности на изгиб видно, что снижаются, но при этомстабилизируются показатели прочности. Отмечается некоторое уменьшение вариационныхразбросовпрочности,происходитувеличениекоэффициентаоднородности,характеризующего стабильность прочностных свойств композиции «покрытие-основа», чтосвязано со снижением влияния внутренних дефектов и уменьшением вероятности роста иразвития трещин (см. рис.11).
В частности, для твердого сплава ВК10ХОМ предел прочностипри изгибе изменяется от 1670МПа до 682МПа, а для быстрорежущей стали Р6М5К5 пределпрочности при изгибе изменяется от 1230МПа до 1022МПа.а)б)Рисунок 11. Предел прочности на изгиб σизг: а) быстрорежущая сталь Р6М5К5; б) твердыйсплав ВК10ХОМТаким образом, диффузионное локальное покрытие уменьшает развитие квазихрупкости вначальной стадии микротрещины.24В шестой главе представлены результаты экспериментальных исследований режущихсвойств инструмента с механическим креплением пластин из быстрорежущей стали и твердогосплава с дискретным диффузионным покрытием.Объектами исследований служили резцы с механическим креплением четырехгранныхбыстрорежущих пластин производства ОАО «МПО им. И.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
